计数、译码、显示电路综合应用
实验6.6 计数、译码和显示电路(60进制)
数字电子技术实验实验6.6 计数、译码和显示电路一、实验目的1.学习计数器、译码器和七段显示器的使用方法。
2.掌握计数器、译码器和七段显示器的综合应用。
3.掌握用示波器测试计数器输出波形的方法。
二、实验任务用74LS161计数器、4511译码器、BS311201显示器各两片和74LS00一片实现一个带显示的60进制计数器。
完成表6-6-1及6-6-2测试，个位波形测试。
三、实验设备数字电路实验箱(74LS161、4511、BS311201、74LS00数字集成芯片、脉冲源)、数字万用表、示波器、导线。
四、实验原理74LS161引脚图4511引脚图七段数码管显示笔段BS311201共阴极显示器，COM接地；BS311101共阳极显示器，COM 接电源+5V 。
输入低位CC4511 BCD 码七段译码器,驱动共阴数码管BS311201集成片。
当译码器输入码超过“1001”时，译码器的输出为全为0，数码管熄灭。
译码输出输入高位74LS161逻辑符号输出高位74LS161DQ C Q B Q AQ DCBACR CPLDET EPCo输入输出端说明CR ：异步清零端，低电平有效；LD ：同步置数端，低电平有效；ET 、EP ：使能端，高电平有效；CP ：计数器时钟；D 、C 、B 、A ：数据输入端；Q D 、Q C 、Q B 、Q A ：数据输出端；Co ：进位端。
输入输出CR LD ET EP CP D C B AQ D Q C Q B Q A××××××××10×× d c b a1111××××1 1 0 ××××××1 1 ×0 ×××××0 0 0 0d c b a加计数保持保持74LS161功能表低电平有效74LS161是一个可预置的4位二进制同步加法计数器，它的计数长度是16。
Multisim电子秒实用表.docx
电子秒表设计1．实验目的：学习数字电路中的基本 RS触发器，单稳触发器，时钟发生器，译码显示电路等单元电路的综合应用。
学习电子秒表的调试方法。
2．实验原理图 2-1 为电子秒表的电原理图。
按功能分成2.1基本RS触发器图 2-1 的单元Ⅰ部分为用集成与非门构成的基本直接置位和复位的功能。
4 个单元电路进行分析。
RS 触发器。
它属低电平直接触发的触发器，有图 2-1电子秒表原理图它的一路输出Q 作为单稳态触发器的输入，另一路输出Q作为与非门5 的输入控制信号。
按动按钮开关K2到接地，则门一的输出Q =1；门 2 的输出Q=0，K2复位后Q、Q状态保持不变。
再按动按钮开关K1，则Q由0 变为1，门 5 开启，为计数器启动作好准备，Q 由1 变到0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。
基本 RS触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。
2.2单稳态触发器图 2-1 的单元Ⅱ部分为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器。
单稳态触发器的输入触发负脉冲信号V i由基本RS触发器Q 端提供，输出负脉冲V0通过非门加到计数器的清除端R。
静态时，门 4 应处于截止状态，故电阻R 必须小于门的开关电阻R off。
定时元件 RC取值不同，输出脉冲宽度也不同。
当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的R p和 C p。
单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。
2.3时钟触发器图 2-1 的单元Ⅲ为由555 定时器构成的多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。
调节电位 R p，使在输出端 3 获得频率为50Hz 的矩形波信号。
当基本RS触发器的Q=1时，门 5 开启，此时， 50Hz 脉冲信号通过门 5 作为计数脉冲加于计数器74LS90（Ⅰ）的计数输入端CP2。
2.4计数及译码显示二- 五 - 十进制加法计数器74LS90 构成电子秒表的计数单元。
其中计数器①接成五进制形式，对频率为 50Hz 的时钟脉冲进行五分频，在输出端Q D取得周期为0.1 秒的矩形脉冲，作为计数器②的时钟输入。
《电子技术基础(数字部分)》课程标准
《电子技术基础（数字部分）》课程标准适用专业：应用电子技术等专业课程类别：专业基础课程参考学时：74 参考学分：4.51、课程定位和课程设计1.1 课程性质与作用《电子技术基础（数字部分）》课程是面向应用电子技术专业、测控仪器与仪表专业和生产过程自动化技术专业的专业主干课程。
通过本课程的学习，从培养学生的基本技能入手，提高学生分析问题、解决问题以及实践应用能力，为学习其它有关课程和毕业后从事电子技术、测控技术、自动化以及计算机应用技术方面的工作打下必要的基础。
本课程是在学习完前导课程《电工技术》的基础上开设的，学生在掌握基本电工技术和模拟电子技术的基本原理之后，为《单片机及接口技术》、《电子产品设计制作》、《CPLD应用技术实训》等后续课程的学习奠定了良好的基础。
1.2 课程设计理念课程设计、建设和实施过程中，贯彻以下教育理念：终身学习的教育观：在现代信息社会，高等职业教育的目标已经由单一的满足上岗要求，走向贯穿职业生涯、适应社会发展，由终结教育演变为终身教育，职业能力的内涵已由狭义的职业技能拓展到兼具任务能力和整体能力的综合素质。
因此教师应从传授者变为引导者，使“教学”向“学习”转换，引导学生变成自我教育的主体，掌握终身学习的能力。
多元智能的学生观：高职学生不仅在学习基础、专业层次、应用导向上区别于本科院校，而且内部还存在多元性、差异化的智能结构、自我定位和心理调适能力。
教育者要因材施教，在保持职业教育共性的同时，尽力发掘学生潜能，发展个性；让学生体验开启智慧和增强自信的经历，培养能适应社会、适应各类专门岗位的人才。
行动导向的教学观：学生作为学习的行动主体，要以职业情境中的行动能力为目标，以基于岗位能力需求的学习情境中的行动过程为途径，实现行动过程与学习过程的统一。
通过师生间互动合作，建构属于自己的经验和知识体系。
只有在教学中重视实践能力的培养，培养出来的学生才能具有较强的动手能力，实现“零距离”上岗。
74LS90的详细说明功能表
实验十七电子秒表一、实验目的1、学习数字电路中基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。
2、学习电子秒表的调试方法。
二、实验原理图17－1为电子秒表的电原理图。
按功能分成四个单元电路进行分析。
1、基本RS触发器图17－1中单元I为用集成与非门构成的基本RS触发器。
属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能。
它的一路输出Q作为单稳态触发器的输入，另一路输出Q作为与非门5的输入控制信号。
按动按钮开关K2（接地），则门1输出Q＝1；门2输出Q＝0，K2复位后Q、Q状态保持不变。
再按动按钮开关K1,则Q由0变为1，门5开启, 为计数器启动作好准备。
Q 由1变0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。
基本RS触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。
2、单稳态触发器图17－1中单元Ⅱ为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图17－2为各点波形图。
单稳态触发器的输入触发负脉冲信号vi 由基本RS触发器Q端提供，输出负脉冲vO通过非门加到计数器的清除端R。
静态时，门4应处于截止状态，故电阻R必须小于门的关门电阻ROff。
定时元件RC 取值不同，输出脉冲宽度也不同。
当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的RP 和CP。
单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。
图17－1 电子秒表原理图3、时钟发生器图17－1中单元Ⅲ为用555定时器构成的多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。
，使在输出端3获得频率为50HZ的矩形波信号，当基本RS触发器调节电位器 RWQ＝1时，门5开启，此时50HZ脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器①的计数输入端CP。
2图17－2单稳态触发器波形图图17－3 74LS90引脚排列4、计数及译码显示二—五—十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元，如图17－1中单元Ⅳ所示。
其中计数器①接成五进制形式，对频率为50HZ的时钟脉冲进行五分频，在输出端QD取得周期为0.1S的矩形脉冲，作为计数器②的时钟输入。
电子秒表设计实验报告
74LS90是异步二—五—十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。
图11 －3 为74LS90 引脚排列，表11 －1 为功能表。
通过不同的连接方式，74LS90 可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1) 、R0(2) 对计数器清零，借助S9(1) 、S9(2) 将计数器置9 。其具体功能详述如下：
这样的测试方法有利于检查和排除故障，保证实验顺利进行。
1.基本RS 触发器的测试
将图1 的两个输出端接逻辑电平显示，按动按钮开关K2（接地），记下Q 和 的值，按动按钮开关K1, Q 和 的值。
2.时钟发生器的测试
用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节RW，使输出矩形波频率为50Hz 。
3.计数器的测试
接线和调试时，应将各单元电路逐个进行接线和调试，即分别测试基本RS触器、单稳态触发器、时钟发生器及计数器、译码显示电路等逻辑功能，待各单元电路工作正常后，再将有关电路逐级连接起来进行测试，直到测试电子秒表整个电路的功能。这样的模块化测试方法有利于检查和排除故障，是调试电路的常用方法。
六、实验总结
通过本次课程设计，我了解数字秒表的主体电路组成及工作原理，熟悉了集成电路及有关电子元器件的使用，学习和掌握数字电路中基本RS触发器、计数、译码显示等单元电路的综合应用。首先是74LS90的功能，懂得实际应用上，应用串行和并行方式进行连接电路实现计数器的级联电路，进一步可以利用多片芯片设计各进制的计数电路。通过设计重启和停止，启动计数键，我更好的理解了74LS90各引脚的功能和用法。在利用555产生时钟信号时，我也学会了用这个芯片输出不同的频率的信号。
3.计数及译码显示
实验_六计数、译码和显示电路(Y)
十进制计数器 CT74LS160(162)与二进制计数器 74LS161(163) 比较
Q0
Q1
Q2
Q3
Q0
Q1
Q2
Q3
CP
CTT CTT CTP CT74LS161 CO CTP CT74LS160 CO CT74LS163 CT74LS162 (162)与 CR LD D0 D1 D2 D3 D3 CP CR LD D0 D1 D2CT74LS160 CT74LS161(163)有何不同？ CR LD
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
也可取 D3 D2 D1 D0 = 0011 LD = CO CO = Q3 Q0
方案 2：用 “160” 的后七个状态 0011 ~ 1001实现七进制计数。
取 D3 D2 D1 D0 = 0011 ，LD = CO
1 CP
CTT Q0 Q1 Q2 Q3 CTP CT74LS160 CO
00 0 0
01 0
Z
11 0 0
10 1
Q3 Q2 Q1
n +1 n +1 n +1
= Q 2n
= Q 1n = Q 3n
即:
Q3n+1(010)=1， Q3n+1(101)=0
Q2n+1(010)=0 ， Q2n+1(101)=1 Q1n+1(010)=1 ， Q1n+1(101)=0
010 101
Z = Q 3n Q 2n 自启动失败, 改变 Q1:
Q1
n +1
n n = Q3n + Q2 Q1
010
101
这样:Q1n+1(010)=1， Q1n+1(101)=1 明显的, 能够自启动
ewb数字电路仿真实验
第二部分、数字电路部分四、组合逻辑电路的设计与测试一、实验目的1、掌握组合逻辑电路的设计的设计与测试方法。
2、熟悉EWB中逻辑转换仪的使用方法。
二、实验内容设计要求：有A、B、C三台电动机，要求A工作B也必须工作，B工作C也必须工作，否者就报警。
用组合逻辑电路实现。
三、操作1、列出真值表，并编写在逻辑转换仪中“真值表”区域内，将其复制到下ABC 输入，输出接彩色指示灯，验证电路的逻辑功能。
将连接的电路图复制到下表中。
五、触发器及其应用一、实验目的1、掌握基本JK、D等触发器的逻辑功能的测试方法。
2、熟悉EWB中逻辑分析仪的使用方法。
二、实验内容1、测试D触发器的逻辑功能。
2、触发器之间的相互转换。
3、用JK触发器组成双向时钟脉冲电路，并测试其波形。
三、操作1、D触发器在输入信号为单端的情况下，D触发器用起来最为方便，其状态方程为n D+1nQ=其输出状态的更新发生在CP脉冲的上升沿，故又称为上升沿触发的边沿触发器。
图2.5.1为双D 74LS74的引脚排列及逻辑符号。
图2.5.1 74LS74的引脚排列及逻辑符号在EWB中连接电路如图2.5.2所示，记录表2.5.1的功能表。
图2.5.2输 入 输 出D SD RCP D 1+n Qn Q0 1 × × 1 0 × × 1 1 ↓ 0 11↓12、触发器之间的相互转换在集成触发器的产品中，每一种触发器都有自己固定的逻辑功能。
但可以利用转换的方法获得具有其它功能的触发器。
在T ′触发器的CP 端每来一个CP 脉冲信号，触发器的状态就翻转一次，故称之为反转触发器，广泛用于计数电路中，其状态方程为：1nn Q Q +=。
同样，若将D 触发器Q 端与D 端相连，便转成T ′触发器。
如图2.5.3所示。
DQCPQQ Q图2.5.3 D 转成T ′在EWB 中连接电路如图2.5.4所示，测试其功能。
图2.5.4 D 转成T ′触发器3、双向时钟脉冲电路的测试。
数模电综合实验报告
一、实验目的本次数模电综合实验旨在通过实践操作，加深对模拟电子技术（模拟电路）和数字电子技术（数字电路）的理解和应用，提高实验技能和综合分析问题能力。
通过实验，学生应掌握以下内容：1. 熟悉模拟电路和数字电路的基本原理及元件特性。
2. 掌握常用模拟电路和数字电路的搭建方法。
3. 学会使用示波器、信号发生器等实验仪器。
4. 提高电路分析、故障排查和实验报告撰写能力。
二、实验内容本次实验共分为四个部分，分别为：1. 模拟电路部分：搭建一个简单的放大电路，测量其静态工作点、放大倍数和频率响应。
2. 数字电路部分：搭建一个简单的数字逻辑电路，如译码器、编码器、计数器等，观察其逻辑功能。
3. 数模混合电路部分：搭建一个数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC）电路，实现数字信号与模拟信号的相互转换。
4. 电路故障排查：模拟电路出现故障，通过实验方法进行排查和修复。
三、实验步骤及结果1. 模拟电路部分（1）搭建放大电路：选用三极管作为放大元件，设计电路参数，连接电路。
（2）测量静态工作点：使用万用表测量电路中三极管的基极电压、集电极电压和电流，确定静态工作点。
（3）测量放大倍数：输入一定频率的正弦波信号，使用示波器观察输出波形，计算放大倍数。
（4）测量频率响应：输入不同频率的正弦波信号，观察输出波形的变化，分析电路的频率响应。
实验结果：成功搭建放大电路，测量出静态工作点、放大倍数和频率响应。
2. 数字电路部分（1）搭建译码器电路：使用二极管或门电路实现译码功能，观察输出信号。
（2）搭建编码器电路：使用二极管或门电路实现编码功能，观察输出信号。
（3）搭建计数器电路：使用触发器实现计数功能，观察输出信号。
实验结果：成功搭建译码器、编码器和计数器电路，观察出其逻辑功能。
3. 数模混合电路部分（1）搭建DAC电路：使用电阻网络实现数字信号到模拟信号的转换，观察输出电压。
（2）搭建ADC电路：使用比较器实现模拟信号到数字信号的转换，观察输出信号。
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实验十二计数、译码、显示综合应用
一、实验目的
掌握中规模集成计数器74LS161及七段译码器CD4511的逻辑功能，掌握共阴极七段显示器的使用方法，熟悉用示波器测试计数器输出波形的方法。
二、实验原理
计数、译码、显示电路是由计数器、译码器和显示器三部分电路组成的逻辑电路。
下面分别加以介绍。
1．计数器：计数器是一种中规模集成电路，其种类有很多。
如果按照触发器翻转的次序分类，可分为同步计数器和异步计数器两种；如果按照计数数字的增减可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器三种；如果按照计数器进位规律又可分为二进制计数器、十进制计数器、可编程N进制计数器等多种。
常用计数器均有典型产品，不须自
己设计，只要合理选用即可。
本实验选用四位二进制同步计数
器74LS161做计数器，该计数器外加适
当的反馈电路可以构成十六进制以内
的任意进制计数器。
图5-1是它的逻辑
图。
这个电路除了具有二进制加法计数
功能外，还具有预置数、清零、保持的
功能。
图中LD是预置数控制端，D、C、
R是清零
B、A是预置数据输入端，
D
端，EP、ET是计数器使能控制端，RCO
是进位信号输出端，它的主要功能有：
①异步清零功能
R=0(输出低电平)，则输出ＱD
若
D
ＱCＱBＱA=0000，除EP、ET信号外，
与其它输入信号无关，也不需要CP脉冲的配合，所以称为“异步清零”。
②同步并行置数功能
R=1，且LD=0的条件下，当CP上升沿到来后，触发器ＱDＱCＱBＱA同时接收D、在
D
C、B、A输入端的并行数据。
由于数据进入计数器需要CP脉冲的作用，所以称为“同步置数”，由于4个触发器同时置入，又称为“并行”。
③保持功能
R=1，LD=1的条件下，EP、ET两个使能端只要有一个低电平，计数器将处于数在
D
据保持状态，与CP及D、C、B、A输入无关。
④计数功能
R=1、LD=1、EP=1、ET=1的条件下，计数器对CP端输入脉冲进行计数，计数在
D
方式为二进制加法，状态变化在ＱDＱCＱBＱA=0000～1111间循环。
74LS161的功能表详见表10-l所示。
表10-1 74LS161的功能表
本实验所需计数器是十进制计数器，必须对74LS161外加适当的反馈电路构成十进制计数器，状态变化在ＱDＱCＱBＱA=0000～1001间循环。
用反馈的方法构成十进制计数器一般有两种形式，即和反馈置数法。
反馈置零法是利用R构成，即：当Q D Q C Q B Q A=1010（十进制数10）时，通过反馈线强制计数器清零，清除端
D
如图10-2(a)所示。
由于该电路会出现瞬间1010状态，会引起译码电路的误动作，因此很少被采用。
反馈置数法是利用预置数端LD构成，把计数器输入端D1D2D2D3全部接地，当计数器计到1001（十进制数9）时，利用Q D Q A反馈线使预置端LD=0，则当第十个CP到来时，计数器输出端等于输入端电平，即：Q D=Q C=Q B=Q A=0，这样可以克服反馈置零法的缺点。
利用预置端LD构成的计数器电路如图10-2(b)所示。
反馈清零(a) 反馈置数(b)
图10－2 用74161构成十进制计数器
以上介绍的是一片计数器工作的情况。
在实际应用中，往往需要用多片计数器构成多位计数器。
下面介绍计数器的级联方法，级联可分串行进位和并行进位两种。
二位十进制串行进位计数器的级联电路如图10-3所示，其缺点是速度较慢。
二位十进制并行进位（也称超前进位）计数器的级联电路如图10-4所示，后者的进位速度比前者大大提高。
图10－3 串行进位式2位10进制计数器
图10-4并行进位二位十进制计数器
2．译码器：这里所说的译码器是将二进制码译成十进制数字符的器件。
实验中选用的
CD4511是一个BCD码七段译码器，并兼有驱动功能，内部没有限流电阻，与数码管相连接时，需要在每段输出接上限流电阻，见图10-5(a)所示。
表10-2是CD4511功能表。
3．显示器：显示器采用七段发光二极管显示器，它可直接显示出译码器输出的十进制数。
七段发光显示器有共阳接法和共阴接法两种：共阳接法就是把发光二极管的阳极都接在一个公共点(＋5V），配套的译码器为74LS46，74LS47等；共阴接法则相反，它是把发光二极管的阴极都连在一起(接地)，配套的译码器为CD4511，74LS48等。
七段显示器的外引线排列图如图10-5(b)所示。
表10-2 CD4511功能表
三、实验内容
1．测试74LS161的逻辑功能（计数、清除、置数、使能及进位等）。
CP选用手动单次脉冲或1Hz正方波。
输出接发光二极管LED显示。
2．按图10-6组装十进制计数器，并接入译码显示电路。
时钟选择1Hz正方波。
观察电路的自动计数、译码、显示过程。
3．（选做）将1Hz方波改为1kHz方波，用示波器分别测十进制计数器Q D、Q C、Q B、Q A的输出波形以及CP的波形，比较它们的时序关系。
4．（选做）设计并组装六十进制计数器。
要求当十位计数器数字为0时，显示器无显示。
四、实验仪器
1.电路实验箱
2.数字万用表；示波器；
3.计数器：74LS161×2
译码器：CD4511×2
四2输入与非门74LS00×1
1kΩ电阻×14
五、实验要求
1．画出十进制计数、译码、显示电路中各集成芯片之间的连接图。
2．画出十进制计数器CP、Q A、Q B、Q C、Q D的五个波形的波形图，标出周期，并比较它们的相位关系。
1．画出计数器输出的状态图。
六、预习要求与思考题
1．复习计数、译码和显示电路的工作原理。
2．预习中规模集成计数器74LS161逻辑功能及使用方法。
3．进一步了解CD4511译码器和共阴极七段显示器的工作原理和使用方法。
4．绘出十进制计数、译码、显示电路中各集成芯片之间的连线图。
5．用示波器观察CP、Q D～Q A波形时，要想使所有波形符合时序关系，应选择什么触发方式？如果你选用外触发方式，那么应取哪个信号作为外触发信号？
七、注意事项
1．为了防止干扰，集成电路不用的输入端不许悬空，必须做适当的处理。
2．检查显示器各段好坏时，可与译码器CD4511连接后，用LT=0来实现，也可经电源+5V接1kΩ电阻限流后接到显示器各段检查。
3．用示波器观察计数器输出波形Q D～Q A时，应选择外触发方式。
八、实验报告
1．写出实验目的、内容，写出设计过程，画出实验电路图。
2．根据实验箱接线结果，绘制波形图，状态图。
3．总结计数器和译码、显示电路的设计和使用的体会。